Spektroskopie von Gasen unter hohem Druck: Neuartige Lichtquellen im VUV

Ziel dieses Experiments ist die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats (BEC) von Photonen im vakuum-ultravioletten Wellenlängenbereich (100-200nm). Hierfür muss der bewährte experimentelle Ansatz unserer Gruppe für die Bose-Einstein-Kondensation sichtbarer Photonen (bei 580 nm Wellenlänge, basierend auf wiederholten Absorptions- und Emissionszyklen von Photonen in einer flüssigen Farbstofflösung, die in einer Mikrokavität eingeschlossen ist) angepasst werden, da die hohen Energien der VUV-Photonen zur Dissoziation der Farbstoffmoleküle führen würden. Daher muss ein anderes Thermalisierungsmedium gefunden werden.

Wir planen hier den Einsatz von Edelgasen, die bei hohem Druck geeignete Übergangslinien im VUV-Spektralbereich aufweisen. Das Xenon-Atom zum Beispiel hat einen Übergang bei 147 nm Wellenlänge vom Grundzustand zum niedrigsten elektronisch angeregten Zustand. Im dichten Gassystem werden die häufigen Zusammenstöße von Lösungsmittelmolekülen mit dem Farbstoff, die in unseren Experimenten mit farbstoffgefüllten Mikrokavitäten im sichtbaren Spektralbereich für die Thermalisierung der Schwingungsmannigfaltigkeiten im Grundzustand bzw. im angeregten elektronischen Zustand verantwortlich sind, durch Zusammenstöße zwischen Gasatomen ersetzt. Bei einem Gas mit einem Druck im 100 bar Bereich kann die Kollisionsrate schneller sein als der spontane Zerfall des oberen elektronischen Zustands, so dass sowohl die oberen als auch die unteren elektronischen Zustände der quasimolekularen Mannigfaltigkeiten thermalisiert werden können. Diese Thermalisierung wirkt sich dann auf die spektralen Eigenschaften des Gases aus. Solche dichten Gasproben können in der Tat eine Boltzmann-artige Kennard-Stepanov-Frequenzskalierung zwischen den Absorptions- und Emissionsspektrallinien aufweisen und sind daher attraktive Kandidaten für ein Thermalisierungsmedium für Photonen im VUV-Spektralbereich. In jüngster Zeit haben wir heteronukleare Edelgasmischungen untersucht, z. B. Mischungen von Xenon mit einem leichteren Edelgas, die im Vergleich zu reinen Edelgassystemen den Vorteil haben, dass eine größere Überlappung zwischen den Absorptions- und den Emissionsspektrallinien zu beobachten ist, was sich aus der geringeren Tiefe der quasimolekularen Mannigfaltigkeiten der angeregten Zustände in solchen Systemen ergibt.

Publikationen:

C. Wahl, M. Hoffmann, T. vom Hoevel, F. Vewinger, and M. Weitz, Phys. Rev. A 103, 022831 (2021)

T. vom Hövel, F. Huybrechts, E. Boltersdorf, C. Wahl, F. Vewinger, and M. Weitz, arXiv 2304.12803 (2023)